Обработка термометрических наблюдений при гидрогеологических изысканиях

Теоретические положения

Изучение температурного режима земной коры имеет большое прикладное значение, т.к. позволяет решать ряд вопросов, связанных с формированием и распространением термальных вод, изучением зоны многолетней мерзлоты. В зависимости от температуры находится в большей мере химический и газовый состав природных вод. Проведение термометрических наблюдений позволяет определить глубину зоны активной циркуляции подземных вод, расшифровать генезис воды, выявить зону разгрузки глубинных термальных вод, определить глубину сезонного промерзания и, соответственно, летнего оттаивания мерзлых пород. Термометрические наблюдения имеют большое значение при поисках и разведке подземных вод в зоне многолетней мерзлоты.

Термометрические наблюдения проводятся путем регулярных режимных замеров температур в специальных скважинах. Скважины, предназначенные для наблюдений, по окончании бурения некоторое время «выстаиваются» для установления в них естественного температурного поля. Устье скважин специально оборудуется, закрывается крышкой и обкладывается теплоизоляционным материалом для устранения влияния внешних факторов. При замерах температуры в скважину опускаются термометры или специальные датчики, которые соединяются в единую систему в виде так называемых «кос», где термометры или датчики располагаются через определенные интервалы (0,3; 0,5; 1; 2 м и т.д.), зависящие от степени детальности исследований. Замеры температуры снимаются 10, 5, 3 раза в месяц, частота замеров определяется устойчивостью температурного режима. Чем устойчивее температурный режим исследуемой местности, тем реже производятся замеры и наоборот. Фактический материал, полученный при наблюдениях, подвергается графической обработке.

В верхних слоях земной коры по особенностям температурного режима выделяются три зоны: 1 – верхняя (внешняя) геотермозона; 2 – зона постоянных температур; 3 – внутренняя геотермозона.

Температурное поле верхней зоны формируется под влиянием солнечной радиации. В пределах этой зоны выделяются слои суточных, сезонных и годовых колебаний температуры. Суточные колебания температуры наблюдаются до глубины 2 м (в среднем не более 1 м), сезонные температурные изменения распространяются до глубины 8-10 м, а годовые температурные изменения прослеживаются до глубины 15-30 м. Приведенные цифры относятся к наблюдениям на континентах; в морях и океанах колебания температур распространяются на большую величину.

Для каждого из описанных видов колебаний за наблюдаемый период (сутки, сезон, год) отмечается один минимум и один максимум. Разница между минимальной и максимальной температурой называется амплитудой колебаний А_к, а время Т между наступлениями максимума и минимума называется периодом температурной волны.

В режиме внешней зоны отмечены следующие закономерности:

1) амплитуды колебаний температур с глубиной уменьшаются, достигая на определенной глубине величины, близкой к нулю;

2) период температурной волны с глубиной не изменяется;

3) наступление максимальных и минимальных температур с глубиной во времени постоянно запаздывает.

Пояс постоянных температур отмечается на глубине, где амплитуда колебаний годовых температур практически приближается к нулю. Температура пояса постоянных температур обычно близка к среднегодовой температуре на поверхности и колеблется на территории бывшего СССР в пределах от - 13^оС (Таймырский полуостров) до + 20^оС (пустыни Средней Азии).

Внутренняя геотермозона, располагающаяся ниже пояса постоянных температур, характеризуется постоянным нарастанием температур с глубиной. Это происходит под влиянием внутреннего тепла Земли. Термический режим внутренней зоны в отдельных районах зависит от геологической структуры и тектонических особенностей, тепловых свойств пород, истории геологического развития региона и гидрогеологических условий.

Изменение температуры с глубиной характеризуется величиной геотермического градиента, под которой понимают повышение температуры в градусах при углублении на каждые 100 м, считая от пояса постоянных годовых температур. Величина, обратная геотермическому градиенту называется геотермической ступенью.

Геотермическая ступень – это величина углубления по вертикали в метрах, при которой температура повышается на 1^оС. Средняя величина геотермической ступени принята равной 33 м/ ^оС, но практически ее значение колеблется от 1 до 200 м/ ^оС, изменяясь в зависимости от геологических и гидрогеологических условий рассматриваемого региона. Величина геотермического градиента изменяется от 0,6-0,8^оС/100м до 20^оС/100м. Геотермическая ступень определяется по следующей формуле:

Ψ = Н - h/T - t, (2.1)

где Ψ- геотермическая ступень 1 м/ ^оС;

Н – глубина замера температуры, м;

h – глубина слоя постоянной годовой температуры, м;

Т – температура на глубине Н, ^оС;

t – среднегодовая температура воздуха на поверхности Земли, ^оС.